鉴湖国家湿地公园泥炭对小青菜生长和土壤肥力的影响

王续栋, 李文军, 薛亚云, 郭晓颖, 陈俊辉, 柳丹*

(1.浙江农林大学 浙江省土壤污染生物修复重点实验室, 浙江 杭州 311300; 2.绍兴市越城区陶堰街道事业综合服务中心,浙江 绍兴 312000; 3.浙江大学, 浙江 杭州 310013)

泥炭中含有丰富的有机质及一定量的氮磷钾等营养元素, 可明显改善土壤性质[1], 并吸附有机污染物[2]。研究表明, 泥炭在改善土壤结构、提高土壤肥力和作物产量与品质方面具有显著作用[3]。泥炭与一般土壤相比不仅具有强大的保水功能, 同时含有大量腐殖酸, 能够刺激多种植物生长[4]。泥炭能改良风沙土, 使其容重、黏粒含量、腐殖酸等物理化学性状得到优良改善, 同时能提高农作物的生物量、株高等各种生长指标[5]。现有对泥炭的研究在改良风沙土方面较多, 对农田土壤改良及对植物促生作用的报道较少。浙江绍兴鉴湖国家湿地公园位于绍兴市中北部的越城区境内, 湿地内分布着大量的泥炭。前期的调查中发现, 该地泥炭中氮、磷和钾养分丰富, 有机质含量高, 微量元素含量充足, 有毒元素含量低[6-7]。为分析该区域泥炭对当地农田土壤养分的影响, 本研究采集绍兴鉴湖国家湿地公园泥炭, 以青菜为供试植物进行盆栽试验, 研究不同泥炭添加量对土壤肥力提升效果和青菜生长状况的影响, 为泥炭合理利用与保护提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

盆栽试验位于浙江农林大学平山试验基地,119°42′54″E, 30°15′50″N。试验土壤取自浙江绍兴鉴湖国家湿地公园区域内农田, 泥炭来源于前期在鉴湖国家湿地公园现场挖掘得到的样品, 供试青菜为当地主栽品种德高夏龙7 号。两者的理化性质见表1。

表1 泥炭和供试土的某些理化性质

1.2 试验设计

盆栽试验设置5 个泥炭添加水平, 分别为:0%、2%、5%、8%和10%。其中0%泥炭添加量处理为对照。具体做法是将泥炭在阴凉通风干燥处风干, 去除杂物, 研磨, 过4 mm 筛, 按照不同比例与供试土壤混合均匀装入塑料盆中, 每盆质量为3 kg, 直径13.5 cm, 高13.5 cm。每个处理4 次重复, 共计20 盆。灌水至饱和, 放置等待墒情适宜时间, 于2022 年6 月8 日播种, 6 月18 日定苗,每盆留苗5 株, 7 月23 日收获。每日适当补充水分。此外还进行必要的施肥 (复合肥, N 18%,P2O510%, K2O 15%) 拔草、病虫害防治等管理。

1.3 样品采集与指标测定

盆栽收获时用手持叶绿素仪(SPAD502, 日本)测定每盆中青菜叶片相同位置的叶绿素相对含量(SPAD) 值。利用不锈钢小铁锹将青菜植株完整挖出, 根系采用去离子水清洗, 用滤纸吸干水分, 后用20 cm 直尺测青菜的株高、根长、叶面积, 分为地上部和地下部分别用百分之一电子天平称重计算鲜重。随后放入105 ℃烘箱内杀青30 min, 再75 ℃烘干至恒重, 测定干重, 计算其含水量。

采用五点法采集0 ～15 cm 的土壤样品, 采集后风干、研磨, 分别过2 mm 和0.15 mm 筛保存待测。测定土壤pH 值、有机质含量、碱解氮含量、速效氮含量、速效磷含量, 测定方法参照 《土壤农业化学分析方法》[8]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 进行数据分析, SPSS 21 软件对试验数据进行单因素方差分析, Duncan 法多重比较判断处理间的差异显著性, 采用P＜0.05 水平, 利用Prism 9 进行作图。试验数据均采用平均值±标准差 (SD) 表示。

2 结果与分析

2.1 泥炭对土壤理化性质的影响

2.1.1 土壤pH 分析

由图1 可知, 与对照相比, 5%、8%与10%处理pH 值有一定的提高, 2%处理略有降低。在所有泥炭比例中, 10%处理pH 值最高, 为5.63。各个处理pH 值无显著性差异 (P＜0.05)。

图1 不同泥炭比例对pH 值的影响

2.1.2 速效养分分析

由图2 可知, 在所有处理中, 5%处理碱解氮含量最高, 为132.93 mg·kg-1, 分别比2%和10%处理泥炭土壤的碱解氮含量显著提高46.41%和41.86% (P＜0.05)。在各个处理中, 5%处理土壤有效磷含量最高, 为15.34 mg·kg-1。2%与5%处理比10%处理土壤有效磷含量显著提高21.12%和31.78% (P＜0.05)。在所有处理中, 5%泥炭比例土壤速效钾含量最高为131.5 mg·kg-1, 2%、5%与8% 处理土壤速效钾含量较对照显著提高27.06%、39.52% 和29.97% (P＜0.05), 且 与10%处理有显著性差异 (P＜0.05)。

2.1.3 有机质分析

由图3 可知, 2%处理土壤有机质含量分别比其他处理显著提高12.24%、5.79%、14.39%和18.56% (P＜0.05)。在所有处理中, 2%处理土壤有机质含量最高, 为25.04 mg·kg-1。5%处理也与0%、8%、10%处理土壤有机质含量之间有显著性差异 (P＜0.05)。

2.2 泥炭对青菜生长的影响

2.2.1 不同比例泥炭添加量对青菜地上部养分含量的影响

由图4 可知, 各比例泥炭添加量对青菜地上部中氮、磷和钾的积累量均有一定的提升作用效果,与对照相比, 各处理对青菜中氮含量增幅为2.48%～26.50% (10%泥炭处理除外), 其中5%处理提升效果最明显。而各处理对青菜磷含量的增幅为0.44% ～17.65%, 5%泥炭添加量含量最高。各处理青菜中氮和磷含量无显著性差异 (P＜0.05)。各处理对青菜中钾含量增幅为5.53% ～46.30%, 5%处理增幅最高, 5%、8%和10%处理植物全钾含量较对照显著增加46.31%、38.76%和39.02% (P＜0.05), 也与2%处理有显著性差异(P＜0.05)。

图4 不同泥炭比例对青菜地上部养分含量的影响

2.2.2 不同比例泥炭添加量对青菜生长状况的影响

由表2 可知, 随着泥炭添加比例的增加, 叶片中相对叶绿素相对含量也随之增加, 与对照相比,添加泥炭处理增幅为2.8% ～9.2%。0%处理青菜SPAD 值最低, 为34.70, 叶绿素相对含量最少。10%处理SPAD 值最高, 为37.88, 显著高于对照处理, 增幅为9.2% (P＜0.05)。0%、2%、5%、8%、10% 处 理 青 菜 株 高 分 别 为14.43、14.52、15.45、14.80、14.50 cm, 与对照相比, 添加泥炭处理增幅为9.8%～16.3%。5%、8%和10%处理青菜株高较对照分别显著增加了16.3%、13.7%和13.3% (P＜0.05)。而2%处理青菜株高相比于对照增加了9.8%, 增幅最小。与对照相比, 5%、8%与10%处理均能增加青菜的根长, 分别增加了14.62%、25.75%和45.24%。10%处理青菜根长最长, 为6.26 cm, 显著高于0%、2%和5%泥炭处理的根长 (P＜0.05)。与对照相比, 其他处理均能增加青菜的叶面积, 增幅为23.44% ～46.23%。5%和8%处理的青菜叶面积最大, 分别为25.02 cm2和23.42 cm2, 分别显著高于对照46.23%和36.88% (P＜0.05)。

表2 不同比例泥炭添加量对青菜生长状况的影响

2.2.3 不同比例泥炭添加量对青菜地上部与地下部鲜重和干重的影响

由表3 可知, 与对照相比, 5%与8%处理均能增加青菜地上部干重, 分别增加了12.71% 与9.32%。5%和8%处理平均每盆地上部干重最高,为1.33 和1.29 g。而5%与8%处理地上部鲜重分别比对照提高45.27%和66.69% (P＜0.05)。5%和8%处理平均每盆地上部鲜重最高, 为25.16 和28.87 g, 且8% 处理与其他处理有显著性差异(5%处理除外) (P＜0.05)。5%处理根鲜重比对照显著增加了140.95% (P＜0.05)。5%处理平均每盆根鲜重最高, 为1.73 g。根干重中5%处理比对照显著增加118.92% (P＜0.05)。5%处理最高,平均每盆根干重为0.081 g。

3 讨论

泥炭是天然有机物料, 除了本身具有多种养分外, 还富含腐殖物质, 能更新和积累土壤有机质,促进土壤微生物活动, 有利于改良土壤团聚体结构, 增强土壤保水保肥性能[9]。本研究表明, 10%处理对土壤酸碱调节的效果最好, 5%处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量最高, 2%处理的土壤有机质含量最高, 但8%与10%处理的有机质含量比对照低, 这可能是泥炭促进了有机质矿化以及植物对养分的吸收, 综合来看5%处理对土壤理化性质的影响最明显。周丽平等[10]研究表明, 通过对添加的修复材料中不同含量的组间及组内的差异分析得出, 对pH 值、速效磷含量和有机质含量影响最大的因素为泥炭, 其中在泥炭添加量为5%作用效果最好, 这与本研究结果一致。

泥炭能够提高改善土壤养分, 为作物高产优产创造优良的条件[11]。马云艳等[5]研究表明, 泥炭对白菜的株高、根长、鲜质量和干质量均有所提高,这与泥炭的优良特性密不可分。本文中植物内氮磷钾含量、株高、叶面积、青菜地上部干重、根干重和根鲜重均在5%处理上最高, SPAD 值10%处理最高, 地上部鲜重8%处理最高, 5%处理其次。综合分析不同处理对青菜生长状况的影响, 5%泥炭施入量对作物的促进作用最好。因此, 对于提高青菜的产量和品质方面, 5%泥炭为最佳施用量。

根是植物吸收、转化和贮存营养物质的重要器官[12], 有研究表明, 在植物生长过程中, 腐殖酸对根系的刺激作用是其对植物产生刺激作用的最初动力[13]。泥炭含有较多腐殖酸, 本试验中随着泥炭比例的增加, 供试植物青菜的根长也随之增长, 10%泥炭处理根长最长, 达到6.26 cm, 这与Mora 等[14]研究一致, 高浓度腐殖酸具有良好的促根效果。

4 小结

泥炭施入对土壤养分有一定的提升作用。综合来看, 5%泥炭添加量最有利于提升土壤肥力。

添加泥炭能够促进青菜的生长和对养分的积累, 在本试验中发现, 5%泥炭添加量对青菜的生长和产量增加作用效果最好。